Main assumptions

Uma condição necessária à realização deste estudo é que os valores de desequilíbrio de tensão sejam gerados e lidos de forma automática. Para cumprir tal demanda, foi projetada e desenvolvida no Laboratório de Qualidade da Energia Elétrica da UnB (LQEE), uma ferramenta de controle da tensão de entrada e de geração de relatórios que contêm as leituras das inúmeras grandezas pertinentes ao motor. Este sistema é ilustrado na Figura 3.1.

Figura 3.1 - Esquema do sistema de controle e geração de relatórios das grandezas. Nota-se da Figura 3.1, que o aparato experimental é constituído de diversos elementos. A seguir, tem-se uma breve apresentação de cada um destes elementos.

1. Dados de Entrada: Arquivo de texto contendo de forma sequencial a duração, os valores das tensões de referência e um limite para as correntes de alimentação do MIT;

2. Fonte de Distúrbios Programável modelo 5001iX da California Instruments: responsável por gerar as tensões de alimentação do MIT através de comandos oriundos do computador a ela conectado;

3. Elspec modelo G4500: realiza a leitura das diversas grandezas elétricas de alimentação do MIT. Este aparelho possui software próprio para aquisição de suas leituras. Entretanto, o programa não é utilizado neste estudo. O sistema de controle executa as leituras em tempo real por meio do padrão RS-422 e emprega o protocolo Modbus;

4. Placa de Aquisição de Dados modelo NI PCI-6251 da National Instruments: realiza a leitura de tensões com alta taxa de amostragem e precisão, além de possuir um contador de pulsos. Esta placa é responsável por ler os valores dos sensores para a sua posterior

transformação em grandezas físicas. Ela possui uma fonte de tensão interna de 5 V em corrente contínua (CC);

5. Sensores de Temperatura do Tipo PT-100: Tratam-se de três sensores instalados nos enrolamentos do estator do MIT. As resistências dos sensores variam de forma conhecida em função da temperatura. Elas são lidas adicionando-se um resistor de 2 kΩ de baixo coeficiente térmico em série com cada um dos três PT-100s. Com isso, formam três circuitos divisores de tensões. Por fim, com o emprego da fonte CC de 5 V da placa de aquisição de dados alimentando cada circuito divisor de tensão, é possível obter os valores das resistências dos Pt-100s pela aplicação das equações básicas de circuitos elétricos;

6. Sensor de Conjugado modelo MKDC-10: é alimentado por uma fonte de tensão independente de 10 V em CC. A tensão de saída é da ordem de milivolts. Ela varia em função do conjugado;

7. Encoder Incremental série HS35B1024 da Veeder Root: é alimentado por uma fonte de tensão independente de 5 V em CC da placa de aquisição de dados. A cada volta, o encoder gera 1024 pulsos de onda quadrada. Utilizando-se um contador e identificando- se o tempo decorrido entre cada leitura, obtém-se a velocidade de rotação;

8. Motor de Indução Trifásico: possui sensores de temperatura PT-100 nas três fases dos enrolamentos dos estator. Ele é acoplado a um gerador de corrente contínua e possui fator de serviço de 1,15, potência nominal de 1,5 kW, e corrente nominal de 3,56 A para o caso de ligação em estrela;

9. Regulador de Tensão Linear de Corrente Contínua: trata-se de um dispositivo desenvolvido no LQEE. Este regulador é necessário para que alterações no nível de tensão da rede elétrica não repercutam na alimentação da bobina de campo do gerador CC. Ademais, o regulador de tensão possui filtros que diminuem o fator de ondulação (ripple) da onda de tensão;

10. Gerador de Corrente Contínua de 4 kW: serve de carga linear. A sua bobina de campo é alimentada pelo regulador de tensão de corrente contínua em série com uma

resistência variável, que permite realizar pequenos ajustes no nível de tensão. A sua armadura é conectada a uma carga resistiva variável. Os valores que as duas resistências variáveis devem assumir são aqueles que resultam nas correntes nominais do MIT quando ele é alimentado com tensões equilibradas e em regime permanente. Esses valores devem ser mantidos inalterados durante a realização de todos os ensaios;

11. Computador: controla e processa todas as informações, comunica-se com a fonte programável, com o Elspec e com a placa de aquisição de dados. Toda a programação foi realizada no ambiente gráfico de desenvolvimento LabVIEW. O software, inicialmente, recebe os dados de entrada, e em seguida, entra num ciclo fechado de leitura das grandezas, comparando-as com os valores de referência, e se necessário, enviando comando com novos valores de tensão para a fonte de distúrbios; e

12. Relatório do Sistema de Aquisição: a cada três segundos de aquisição de dados gera-se uma nova linha com os valores médios de todas as grandezas lidas. Porém, sua atualização é realizada a cada 20 segundos. O relatório é salvo no formato de arquivo de texto com as leituras separadas por tabulações, o que permite a fácil conversão para uma planilha de dados.

As Figuras 3.2 a 3.7 mostram os equipamentos utilizados nos ensaios de laboratório.

Figura 3.3 - Regulador de tensão em série com a resistência variável.

Figura 3.4 - Detalhe do grupo motor gerador.

Figura 3.6 - Fonte de distúrbios programável.

Figura 3.7 - Carga resistiva.

A Figura 3.2 mostra uma foto contendo a bancada experimental à esquerda e a bancada do motor acoplado ao gerador à direita. Os diversos aparatos que aparecem na Figura 3.2 são ilustrados em detalhes nas Figuras 3.3 e 3.4.

A Figura 3.3 mostra o regulador de tensão CC (1), o qual é arrefecido por um ventilador (2) e conectado em série com uma resistência variável (3), de modo a permitir pequenos ajustes no valor da tensão de saída.

A Figura 3.4 mostra o motor acoplado ao gerador CC (4 e 5), o sensor de temperatura (6), um display para fornecer tensão CC de 10 V (7), o encoder incremental (8), o sensor de conjugado (9), a fiação onde são ligados os PT-100s (10) e um dispositivo (11) onde são feitas todas as ligações dos sensores (6, 7, 8, 9 e 10). No circuito do dispositivo (11) se encontram as três resistências de 2 kΩ que são ligadas em série com os PT-100s.

A Figura 3.5 mostra o computador (12) que é encarregado de realizar todo o processamento, o equipamento de medição das grandezas elétricas Elspec (13) e o dispositivo (14) que funciona como mediador para as conexões dos sinais de entrada e a placa de aquisição de dados (placa PCI ligada diretamente na placa mãe do computador). A fiação de saída do dispositivo (11) é a mesma que chega ao dispositivo (14).

Nas Figuras 3.6 e 3.7 têm-se, respectivamente, a fonte de distúrbios programável, que recebe ordens do computador (12) e a carga resistiva que é conectada em série com a armadura do gerador CC.

A fonte de distúrbios está localizada em um ambiente com refrigeração por meio de ar condicionado, o motor encontra-se em outro ambiente não refrigerado, a carga resistiva exala seu calor em um ambiente separado de todo o resto. Estas precauções são tomadas para reduzir as influências indesejadas na temperatura ambiente. Desta forma, a fonte programável recebe a refrigeração necessária para o seu funcionamento sem riscos de danos e a temperatura externa ao motor não sofre interferência de nenhuma fonte de calor artificial, a não ser dele mesmo e do gerador CC.

3.3 - PROCEDIMENTOS ADOTADOS PARA A ANÁLISE DO